测控暑期实习报告--组合函数信号发生器

仿真；

调制与解调；

集成运放；

自动切换；

焊接

ABSTRACT

Through

the

practice

we

consolidate

the

textbook

knowledge

and

cultivating

studies

the

theory

the

team

cooperation

spirit,personal

work

independently,analysis

and

problem

solving

ability.

The

internship

myself,then

the

first

personal

welding,the

book

knowledge

into

actual

operation.

Through

the

integrated

amplifier

made

square

wave,triangle

wave,sine

wave,sawtooth

wave,the

ladder

wave,high

and

lo

w

frequency

signal

between

the

modulation

and

demodulation,and

by

time,points

to

realize

their

bandwidth

automatically

switch.

Therefore

it

can

be

know

triangle

wave

after

low

pass

filtering

can

get

sine

wave,sawtooth

wave

after

single

limit

comparator

can

get

on

the

ladder

wave,the

frequency

of

the

signal

through

modulation

envelope

can

get.

Key

words:

Emulate;

Modulation

and

demodulation;

Op-amp

integrated;

Automatic

switchover;

Soldering

目

录

1

实习任务及要求.4

1.1

实习任务.4

1.2

技术指标.4

1.3

工作流程.4

1.4

设计提示.4

2

设计的基本过程与方案.6

2.1方波-三角波产生电路.6

2,2正弦波产生电路8

2.3锯齿波产生电路.10

2.4阶梯波产生电路.12

2.5调幅电路.14

2.6准时序产生2s，3s的波形自动循环控制电路.20

3

实习日志.23

4

实习体会与建议.24

5

参考文献.25

1

实习任务及要求

１.1

实习任务：

完成组合函数信号发生器的硬件制作。其中组合波形包括：正弦波、锯齿波、方波、阶梯波、调幅波。并对上述的的四种波形进行巡回切换输出；对调幅波进行变频输出，分别在示波器上进行观测。

1.2

技术指标：

基本部分

1、

正弦波、锯齿波、方波、阶梯波的频率均为1000

Hz，频率稳定度为100ppm。

2、

输出信号的峰峰值为2V，幅度失稳度、波形失真度均小于1%。

3、

在一个周期内，阶梯波的阶梯不小于3个。

4、

每种波形的巡回切换时间间隔为2

S。

5、

调幅波的包络线频率为200

Hz，载波频率为10000

Hz。

发挥部分

对调幅包络线进行变频循环输出，频点为200Hz，400Hz、600Hz，循环时间间隔为3S。

1.3

工作流程

1）调研、查找并收集资料；

2）画出原理框图；

3）单元电路设计与计算；

5）列元器件明细表；

6）电路焊接与调试；

7）撰写设计报告。

1.4

设计提示

电路主要由五个模块组成，包括DC-DC电路、信号产生电路、基准时序产生电路、波形自动循环控制电路、调幅电路。其原理框图如图1。

各模块功能如下：

1）

DC-DC电路。实验室所能提供的供电电压为±12V，而数字电路工作电压为±5V。因而，可用7805和7905实现±5V的工作电压。若需使用±8V，可用7808和7908实现。

2）

信号产生电路。主要分为：方波-三角波产生电路，低通滤波电路，锯齿波产生电路。可以由积分器和比较器同时产生三角波和方波，其中比较器起电子开关的作用，将恒定的正负极性的电位交替地反馈至积分器而得到三角波。三角波经低通后可产生正弦波。锯齿波通过比较运算后可得到阶梯波。

3）

调幅电路。采用10KHz载波信号进行AM调制，对调幅波的包络线进行变频循环输出，频点为200Hz，400Hz，600Hz。

4）

基准时序产生电路。循环的时间基准由此电路实现。

5）

波形自动循环控制电路。要求方波、正弦波、锯齿波、阶梯波等均能够自动循环输出，且每种波形显示时间为2S；调幅波能够自动变幅循环输出，各调幅波显示时间为3S。

图1

组合函数信号发生器及波形巡回切换电路原理框图

2

设计的基本过程与方案

2.1

方波-三角波产生电路

2.1.1

实验原理

如将滞回比较器和积分器首尾相接形成反馈的闭环系统，则比较器输出方波经积分器积分后可得到三角波，三角波又经触发器自动翻转形成方波，这样即构成了方波-三角波发生器。图中运用了TL074组成的运放积分电路。

方波-三角波产生电路可由积分器和比较器同时产生三角波和方波。

2.1.2

实验数据及计算

电路震荡频率：f=

方波幅值：U’om=Uz

2.1.3

实验原理图

图2-1方波-三角波发生电路

其中，R9控制方波的幅度，R8控制方波三角波的频率，R11控制三角波的幅度，实际可调。

2.1.4

方波三角波的电路仿真

图2-2仿真得到的方波-三角波发生图

2.1.5

故障问题及解决办法

①波形严重失真；

②幅度峰值大于2V且振荡频率大于1KHz。

解决办法：①稳压二极管忘记接地达不到稳压目的，接地后解决。②更换电阻阻值，用滑动变阻器替换固定电阻调整阻值。在输出端接上滑动变阻器控制幅度。

2.2

正弦波产生电路

2.2.1

实验原理

将发生的三角波经过一个一阶低通滤波电路，如图2-3所示，则三角波经低通滤波后可产生正弦波。图中运用了TL074及电容和电阻共同构成了低通滤波器。

2.2.2

实验数据及计算

通带放大倍数Aup=1+

特征频率fo=

当f=fo时，Au=故通带截止频率fp=fo。

2.2.3

实验原理图

图2-3方波-三角波-正弦波发生电路

其中，R10控制正弦波的幅度，实际可调。

2.2.4

方波-三角波-正弦波及正弦波单独的电路仿真

图2-4仿真得到的方波-三角波-正弦波发生图

图2-5仿真得到的正弦波发生图

2.2.5

故障问题及解决办法

①不出现波形；

②幅度峰值大于2V且振荡频率大于1KHz。

解决办法：①低通滤波电路接错了输入口，从R1后方接出了，更改后正常。②更换电阻阻值，用滑动变阻器替换固定电阻调整阻值。在输出端接上滑动变阻器控制幅度。

2.3

锯齿波产生电路

2.3.1

实验原理

锯齿波产生电路可在方波发生器和积分器之间加上两个二极管以及滑动变阻器来实现，滑动变阻器可用来调节占空比。

积分电路正向积分的时间常数远大于反向积分的时间常数，或者反向积分的时间常数远大于正向积分的时间常数，那么输出电压上升和下降的斜率相差很多，就可以获得锯齿波。利用二极管的单向导电性使积分电路两个方向的积分通路不同，就可以得到锯齿波发生电路。

2.3.2

实验数据及计算

根据三角波发生电路振荡周期的计算方法，可得出上升时间和下降时间，分别为

T1=t1-t02

T2=t2-t12

所以振荡周期：

T=

占空比：=

调整R1和R2的阻值可以改变锯齿波的幅值；调整滑动变阻器滑动端的位置，可以改变占空比以及锯齿波上升和下降的斜率

2.3.3

实验原理图：

图2-6锯齿波发生电路

2.3.4

锯齿波电路仿真

图2-7仿真得到的锯齿波发生图

2.3.5

故障问题及解决办法

①无波形产生；

②周期偏小，调节阻值发现幅度不随之发生改变；

③锯齿波有失真，表现为占空比不合理，直线部分不是很陡。

解决办法：①检查电路连线，看是否有短路或断路；②改变R2及R7可以在不影响幅度的情况下改变其周期；③在输出端接电阻跟电容可调节失真。

2.4

阶梯波产生电路

2.4.1

实验原理

阶梯波产生电路可由比较及加法运算电路来实现。

设置三个单限比较器，设置三个比较电压，可使锯齿波斜率比较大的那条线上发生三次电压跳变，从而产生三个方波，再通过同相比例加法运算电路使它们叠加，从而产生阶梯波。

2.4.2

实验数据及计算

阶梯波的周期由输入的锯齿波周期决定：

T=

2.4.3

实验原理图：

图2-8锯齿波发生电路

2.4.4

锯齿波-阶梯波及阶梯波单独的电路仿真

图2-9仿真得到的锯齿波-阶梯波发生图

图2-10仿真得到的阶梯波发生图

2.4.5

故障问题及解决办法

①只出现两个台阶；

②台阶长度不一且失真；

解决办法：①以地线为基准，测出锯齿波的幅度。切忌以锯齿波的最低点作为零点电压来计算阈值电压，至少确定四个阈值电压。

②以锯齿波的幅度等分至少四段电压，以分段电压来确定电阻的比值。

2.5

调幅电路

2.5.1

实验原理

调幅电路主要由载波信号发生电路和调制信号产生电路两部分组成。载波信号是10KHz的正弦波信号，故可由RC桥式正弦波振荡电路产生；调制信号分别为200Hz、400Hz、600Hz的正弦波信号，故可由方波-三角波-正弦波电路产生。将产生的载波信号和调制信号通过乘法器运算便可得到振幅调制信号。

2.5.2

实验数据及计算

电路振荡频率

起振的振幅条件：

调整反馈电阻，使电路起振，且波形失真最小。如不能起振，则说明负反馈太强，应加大滑变。如波形失真严重，则应适当减小滑变大小。

2.5.3

实验原理图

分别为载波信号发生电路以及可调的三频率调制信号产生电路，以及两者通过乘法器后得到的总电路。

①载波信号发生电路

图2-11载波信号发生电路

②调制信号产生电路

图2-12调制信号产生电路

断连成组的开关可以分别切换成200Hz，400Hz，600Hz的调制信号产生电路。

③载波信号与调制信号经过乘法器的总电路

图2-13载波信号与调制信号经过乘法器的总电路

③乘法器的电路

将产生的载波信号和调制信号通过乘法器运算便可得到振幅调制信号。

乘法器是由MC1496芯片及一些电容、电阻共同连接而成。

图2-14乘法器总电路

2.5.4

载波信号与调制信号电路仿真

①载波信号电路仿真

图2-15仿真得到的载波信号

②200Hz调制信号电路仿真

图2-16仿真得到的200Hz调制信号

③400Hz调制信号电路仿真

图2-17仿真得到的400Hz调制信号

④600Hz调制信号电路仿真

图2-18仿真得到的600Hz调制信号

⑤载波信号与调制信号经过乘法器的总电路仿真

图2-19仿真得到的载波信号与调制信号经过乘法器的结果

2.5.5

故障问题及解决办法

①在调试过程中，发现由计算的理论值焊上电路板后，示波器上无法显示正弦波；

②出现顶部或者底部失真；

③波形不稳，抖动。

解决办法：①负反馈太强，此时应加大等效电阻，即反馈电阻的阻值。

②波形严重失真，应适当减小反馈电阻。

③利用万用表检查电源，确定电源是否稳定；检查电路，确定是否存在虚焊。

2.6

准时序产生2s，3s的波形自动循环控制电路

2.6.1

实验原理

利用NE555产生周期为7.8ms的脉冲电路，再利用两片74LS161将周期放大256倍，然后接入四进制计数器，其中QA、QB作为模拟开关CD4052

A、B的输入，555的输出端口与74161的CLK相连，同时Q0、Q1用7ALSOO与非门输出到LD’端口，将方波，正弦波，锯齿波和阶梯波分别接到模拟开关上，以达到四个波形周期为2s的自动循环效果。

3s循环电路原理类似，模拟开关直接接入调制电路中，使其3秒自动切换一种赫兹的电路显示。

2.6.2

实验原理图：

图2-20

2s电路波形自动循环控制电路

图2-21

3s电路波形自动循环控制电路

2.6.3

波形自动循环控制电路仿真

由于软件时间问题，电路仿真将电路中的电容缩小了一千倍，便于观察仿真波形

图2-22仿真得到的2s电路输出脉冲图

图2-23仿真得到的3s电路输出脉冲图

2.6.4

故障问题及解决办法

①波形不进行循环

解决办法：①5V的变压器与芯片焊接不牢没有通路。

三、实习日志

3.1

第一周：

7月1日（星期一）指导老师下发实习作业要求，提示实习思路，规定实习要求。分组并领取工具。

7月2日（星期二）——7月4日（星期四）电路设计及仿真阶段

7月5日（星期五）——7月7日（星期天）焊接方波-三角波-正弦波电路

3.2

第二周：

7月8日（星期一）——7月9日（星期二）焊接第一部分的时序电路及模拟开关

7月10日（星期三）

焊接载波电路

7月11日（星期四）——7月12日（星期五）焊接三种频率的调制电路

7月13日（星期六）——7月14日（星期日）焊接第一部分的时序电路、模拟开关及乘法器

3.3

第三周：

7月15日（星期一）——7月17日（星期三）电路完善、实习报告的撰写

4

实习体会与建议

4.1

实习体会

4.1.1

李树寒

这次小学期我们主要就做了三件事,即仿真电路、画电路原理图并将其焊接在电路板上、示波器测试与调试。

仿真是第一步，经验是首先你得在电脑上仿真出正确的理论值来，不然的话在示波器上将很难显示出理想的（我们期盼的）波形，所以仿真这一步得走好。原理图是核心，因为我们就是按照自己设计的原理图将器件焊接到电路上的，如果原理图出错，这会让你很痛苦，因为你的电路板必定出不来预想的结果，甚至是完全错的。最耗人心思的就是焊接电路板，你需要耐心、细心、平常心、不急不燥的心…反正是各种心。第一次拿电烙铁，第一次被电烙铁烫，第一次自己设计并焊接电路板，可以说这次小学期给了我许多的第一次。

这次实习是理论向实践的过渡，平时上课抱着书本学理论知识，认为就是那么一回事。当我们真的设计并焊接电路板时才发现将理论知识运用到实践上时是有难度的，每个电阻、电容等器件如何取值，每根导线怎样连接最合适，电路板上的空间如何划分才合理，这些问题都是我们特别注意的。通过这样的实习真的能锻炼到我们的动手能力，也能让我们加深对理论知识理解，而且也让我们感受了测控专业的部分方向。还有一点必须说，二人的合作默契很重要，互相献出智慧，互相理解，互相学习，妥善的处理分歧。

专注于一件事情是很难得的，而且是要专注一段不短的时间，这种感受自从我上大学后就几乎没有过了，这次实习让我又一次感受到了那种专注，感觉很充实，也很真实。

4.1.2

朱若羽

4.2

建议

5

参考文献

①《模拟电子技术基础（第三版）》高等教育出版社，编者：童诗白

②《数字电子技术基础（第五版）》高等教育出版社，编者：阎石

③《电路设计与仿真》清华大学出版社，编者：杨欣

25